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2019-2020年高中物理 13.3 光的干涉教案 新人教版選修3-4 1、 教材分析 本節(jié)是對干涉現(xiàn)象的初步認(rèn)識，但是為下節(jié)雙縫干涉實驗做了重要的理論鋪墊。 2、 教學(xué)目標(biāo) 1、知識目標(biāo) .通過實驗觀察認(rèn)識光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波. .掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋. 掌握明條紋（或暗條紋）間距的計算公式及推導(dǎo)過程. .知道不同色光的頻率不同，掌握波長、波速、頻率的關(guān)系. .通過實驗初步認(rèn)識薄膜干涉現(xiàn)象，了解其應(yīng)用. 2、能力目標(biāo) .通過了解楊氏把一個點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束，理解相干光源的設(shè)計思想. .通過根據(jù)波動理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學(xué)生比較推理，探究知識的能力. .在認(rèn)真觀察實驗事實的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)抽象思維能力的培養(yǎng). 3、德育目標(biāo) 通過對光的本性的初步認(rèn)識，建立辯證唯物主義的世界觀. 3、 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)：干涉圖象的形成實驗及分析 教學(xué)難點(diǎn)：1.亮紋（或暗紋）位置的確定.2.亮紋（或暗紋）間距公式的推導(dǎo) 四、學(xué)情分析（根據(jù)個人情況寫） 五、教學(xué)方法 實驗觀察、理論分析、學(xué)案導(dǎo)學(xué) 6、 課前準(zhǔn)備 楊氏實驗裝置 七、課時安排：1課時 八、教學(xué)過程 (一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 檢查落實了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對性。 （二）情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)。 （三）合作探究、精講點(diǎn)撥。 （1）雙縫干涉實驗 ［動手實驗，觀察描述］ 介紹圖20—2楊氏實驗裝置 （出于時間和觀察效果考慮，不在課堂上做這一實驗） 介紹側(cè)重于單孔的作用，是獲得來自同一光源的一束光波，雙孔的作用是將同一束光波分成兩束“振動情況總是相同的光束”.因為兩孔相距0.08 mm左右，很近，且與單孔屏上的孔距離相等，所以單孔的光會同時到達(dá)這兩個孔，這兩個孔將同一列光一分為二，因而兩個小孔成了“兩個振動情況完全相同的新波源，它們在屏上疊加，就會出現(xiàn)明暗相間的條紋”. （2）干涉條紋的成因 ［比較推理，探究分析］ ［師］通過實驗，我們現(xiàn)在知道，光具有波動性.現(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來認(rèn)真探究一下實驗中的明暗條紋是如何形成的呢？ 實驗并總結(jié)：Δr=2nn=0、1、2…時，出現(xiàn)明紋. Δr=(2n+1) ,n=0、1、2…時，出現(xiàn)暗紋. 圖20—10 ［師］綜合前面分析，我們可以畫出右面圖示的雙縫干涉結(jié)果. 同時介紹一下相干光源，強(qiáng)調(diào)干涉條件. ［師］看來大家掌握得不錯，下面我們可以討論一些更復(fù)雜的問題. （3）條紋間距與波長的關(guān)系［深入觀察 量化分析］ 指導(dǎo)學(xué)生分別用紅色、紫色濾色片遮住雙縫，觀察線狀白熾燈的干涉條紋（課本P101圖實—2），比較兩種色光干涉條紋寬度，與課本第1頁彩圖2對照，得出結(jié)論：紅光干涉條紋間距大于紫光干涉條紋間距.（注意其他條件相同，進(jìn)行實驗） ［師］我們知道，不同色光的波長是不同的，那么干涉條紋間距的關(guān)系也就反映了不同色光的波長關(guān)系，干涉條紋間距和波長之間又有怎樣的關(guān)系呢？同學(xué)們發(fā)揮數(shù)學(xué)方面的聰明 才智，我們一起來尋找它們之間量的關(guān)系.（板書） ［投影圖20—11及下列說明］ 圖20—11 設(shè)兩縫S1、S2間距離為d,它們所在平面到屏面的距離為l，且ld,O是S1S2的中垂線與屏的交點(diǎn)，O到S1、S2距離相等. 推導(dǎo)：（教師板演，學(xué)生表達(dá)） 由圖可知S1P=r1 ［師］r1與x間關(guān)系如何？ ［生］r12=l2+(x-)2 ［師］r2呢？ ［生］r22=l2+(x+)2 ［師］路程差|r1-r2|呢？（大部分學(xué)生沉默，因為兩根式之差不能進(jìn)行深入運(yùn)算） ［師］我們可不可以試試平方差？ r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=2dx 由于ld,且lx,所以r1+r2≈2l，這樣就好辦了,r2-r1=Δr=x ［師］請大家別忘了我們的任務(wù)是尋找Δx與λ的關(guān)系.Δr與波長有聯(lián)系嗎？ ［生］有. ［師］好，當(dāng)Δr=2nn=0、1、2…時，出現(xiàn)亮紋. 即x=2n時出現(xiàn)亮紋，或?qū)懗蓌= 第n條和第（n-1）條亮紋間距離Δx為多少呢？ ［生］Δx=xn-xn-1 =［n-(n-1)］ ［師］也就是Δx=λ 我們成功了！大家能用語言表述一下條紋間距與波長的關(guān)系嗎？ ［生］成正比. ［師］對，不過大家別忘了這里l、d要一定.暗紋間距大家說怎么算？ ［生］一樣. ［師］結(jié)果如何？ ［生］一樣. ［師］根據(jù)前面的實驗結(jié)果及推導(dǎo)大家能判斷紅光和紫光哪一個波長長嗎？ ［生］能.紅光. ［師］大家能猜一猜用白光干涉會出現(xiàn)什么現(xiàn)象嗎？ ［生］（默然） ［師］好，不清楚，我們不妨實驗一下. 引導(dǎo)學(xué)生觀察白光干涉（抽去濾色片，直接觀察） ［師］哪位同學(xué)能為大家歸納一下觀察到的現(xiàn)象. ［生］ （1）彩色條紋（師提示明暗相間） （2）中央為白條紋 （3）中央條紋兩側(cè)彩色條紋對稱排列 （4）每條彩紋中紅光總在外邊緣，紫光在內(nèi)緣. ［師］歸納得很全面，大家能解釋嗎？ （學(xué)生積極討論，氣氛熱烈，從討論中基本能掌握了原因） ［生］不同色光波長不同，條紋寬度不同，紅光條紋最寬；紫光條紋最窄，所以出現(xiàn)上面現(xiàn)象. ［師］解釋得好.大家還記得機(jī)械波波長、波速、頻率三者之間的關(guān)系嗎？ ［生］記得.v=λf. ［師］對，光波也有這樣的關(guān)系，不過各種色光在真空中的波速是相同的，我們用c表示，那么有： ［板書］c=λf ［師］請大家比較一下七種色光的頻率關(guān)系. ［生］紅光頻率最小，紫光頻率最大. ［師］對，大家看P27的表. （教師介紹波長，頻率范圍，強(qiáng)調(diào)單位，引導(dǎo)學(xué)生閱讀討論表右側(cè)的紅字） （四）薄膜干涉［拓展應(yīng)用提高能力］ ［師］大家通過前面的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在我們來探究另一個問題，是不是只有兩個雙縫射出的相干光才能發(fā)生干涉呢？ ［生］不一定，關(guān)鍵要看路程差. ［師］好，我們再來看一個干涉的實驗：薄膜干涉［板書］ 教師演示：點(diǎn)燃酒精燈，在火焰中灑些氯化鈉，使火焰發(fā)生黃光.把圓環(huán)豎直地插入肥皂溶液中，慢慢向上提起形成薄膜，豎直放好，將大燒杯罩住圓環(huán)，減小蒸發(fā)，以延長演示時間，便于全體觀察.將酒精燈移到膜前，調(diào)整好位置，在酒精燈同側(cè)觀察到肥皂膜上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋. ［師］怎樣解釋這一現(xiàn)象呢？請大家思考下面幾個問題： ［投影圖20—12及以下問題］ 圖20—12 ①肥皂膜有幾個面可以反射燈焰的光？ ②這些面反射回來的光有沒有路程差，如有，它們有什么特點(diǎn)？ ③這些反射光是不是相干光？ ［生1］膜前后兩表面均可反射光. ［生2］因為肥皂膜厚度不同，所以不同位置處的反射光路程差不同，有的地方可能是半波長的奇數(shù)倍，有的地方可能是半波長的偶數(shù)倍. ［生3］兩表面的反射光線來源于同一光線，振動情況一定相同，是相干光. ［師］三位同學(xué)回答得非常好，大家能弄清薄膜干涉的原因嗎？ ［生］能. ［師］好，請大家把自己的想法與課本P27最后一段的分析比較一下. （學(xué)生閱讀、理解.教師準(zhǔn)備演示牛頓環(huán)實驗） ［師］大家分析得很好，我再加一個實驗，獎勵大家. （演示牛頓環(huán)實驗，直接投影在白色墻上，墻上出現(xiàn)了牛頓環(huán)反射光干涉形成的一組明暗相間的同心圓，將屏移到環(huán)的另一側(cè)，這里可將裝置調(diào)整，同樣可以觀察到與反射干涉條紋互補(bǔ)的一組同心明暗相間的圓環(huán)） ［師］感興趣的同學(xué)課后抽時間自己來實驗，深入研究它，同學(xué)們也能給我找點(diǎn)例子嗎？ （學(xué)生討論，思考） ［生］水面上的油膜好像也能反射光線，形成明暗相間的條紋. ［師］好，同學(xué)們課后去認(rèn)真觀察一下，看來干涉現(xiàn)象在我們生活中是見過的，我們真是“視而不見”，“相逢未必曾相識”，生活中有許多現(xiàn)象，看似很普通尋常，卻常常蘊(yùn)含著很深的科學(xué)道理，同學(xué)們要多觀察、多思考、多探究. ［師］課本P28給大家介紹了一個干涉現(xiàn)象在技術(shù)上的應(yīng)用實例，我們一起來看看. ［投影圖20—13引導(dǎo)學(xué)生分析］ 課堂鞏固訓(xùn)練：（見導(dǎo)學(xué)案） （四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測。 教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行當(dāng)堂檢測。 設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)并對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行簡單的反饋糾正。（課堂實錄） （五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。 九、板書設(shè)計 1.楊氏實驗裝置介紹： 2.干涉條紋的成因： 3.條紋間距與波長的關(guān)系： 4.薄膜干涉實驗： 十、教學(xué)反思（根據(jù)實際情況寫）